高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)在大型煤化工裝置的應(yīng)用

劉 壯

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

煤化工行業(yè)具有裝置大型化、規(guī)?；?，生產(chǎn)過程多樣性、復(fù)雜性和危險(xiǎn)性等特點(diǎn)，諸多安全事故是由于操作人員未注意到報(bào)警以及未及時(shí)處理報(bào)警而造成的。報(bào)警是及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程異常情況的直接手段，科學(xué)、高效、準(zhǔn)確的智能報(bào)警管理對(duì)保障生產(chǎn)過程的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”至關(guān)重要，也是進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化、控制和故障診斷的基礎(chǔ)[1]。

1 當(dāng)前控制系統(tǒng)報(bào)警存在的問題及解決方法

1.1 報(bào)警泛濫和報(bào)警參數(shù)設(shè)置不合理

隨著DCS 技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，在組態(tài)中增加報(bào)警成本已經(jīng)變得很低。為了安全起見，人們誤以為報(bào)警設(shè)置的越多越好，從而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)警數(shù)量顯著增加。所以，DCS 系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)警數(shù)據(jù)中存在有大量的冗余、虛假等無效報(bào)警，以及報(bào)警級(jí)別設(shè)置不合理和配置了過多的高優(yōu)先級(jí)報(bào)警等問題。這不但增加操作員壓力，而且會(huì)引起操作員對(duì)報(bào)警不敏感，對(duì)重要報(bào)警產(chǎn)生疏漏，從而產(chǎn)生安全隱患。

參照?qǐng)?bào)警相關(guān)國(guó)際規(guī)范，英國(guó)工程設(shè)備和材料用戶協(xié)會(huì)EEMUA 191《報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理和采購(gòu)指南》為報(bào)警管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理方面設(shè)定了最佳報(bào)警基準(zhǔn)；國(guó)際自動(dòng)化協(xié)會(huì)ANSI/ISA-18.2《過程工業(yè)報(bào)警系統(tǒng)管理》也給出了各行業(yè)報(bào)警管理現(xiàn)狀及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[2]，如圖1 所示。

圖1 各行業(yè)報(bào)警管理現(xiàn)狀及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Fig.1 Current situation and international standards of alarm management in various industries

以公司氣化裝置為例，在投用高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)初期，統(tǒng)計(jì)顯示該裝置每天報(bào)警數(shù)量在8000 條以上，有時(shí)甚至?xí)^1 萬(wàn)條，單個(gè)裝置的報(bào)警量就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了上述標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)公司各個(gè)裝置的報(bào)警進(jìn)行梳理，主要發(fā)現(xiàn)以下問題：一是由于回路報(bào)警值設(shè)置不符合當(dāng)前工藝狀況或者未設(shè)置報(bào)警死區(qū)，實(shí)際測(cè)量值在報(bào)警限來回波動(dòng)，單個(gè)回路每天報(bào)警數(shù)量達(dá)到了上千條；二是存在大量重復(fù)報(bào)警，某一測(cè)量參數(shù)在不同組態(tài)程序頁(yè)中報(bào)警重復(fù)設(shè)置，當(dāng)該參數(shù)異常時(shí)，會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)回路同時(shí)報(bào)警；三是部分裝置或者單元處于停工或備用狀態(tài)，產(chǎn)生了大量無效報(bào)警；四是部分閥門位反饋、組態(tài)程序中的中間變量等設(shè)置了高級(jí)別報(bào)警。

報(bào)警設(shè)置的基本原則是：只有在異常工況下產(chǎn)生報(bào)警，當(dāng)工藝過程變量在正常工況下發(fā)生變化時(shí)，不應(yīng)該產(chǎn)生報(bào)警，報(bào)警不應(yīng)用于提示正常的工藝操作或者正常的設(shè)備切換[3]。實(shí)際使用時(shí)，這些參數(shù)只需要設(shè)置日志記錄即可，特別是對(duì)于高頻率動(dòng)作的閥門及其相關(guān)組態(tài)程序中間變量，在運(yùn)行期間會(huì)高頻報(bào)警。目前，報(bào)警的分級(jí)大多是僅依靠設(shè)計(jì)及系統(tǒng)供應(yīng)商根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置，DCS 控制系統(tǒng)中70%～80%的報(bào)警默認(rèn)為高優(yōu)先級(jí)報(bào)警，報(bào)警指示燈及聲音始終處于活躍狀態(tài)，極大地消耗了了操作人員的精力。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，操作人員往往已經(jīng)習(xí)慣這種反復(fù)無常的報(bào)警，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，操作人員往往會(huì)直接進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)，忽略了一些重要報(bào)警，最終可能會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。以上問題僅僅通過DCS 自身功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)識(shí)別相對(duì)困難，且需要專業(yè)人員花費(fèi)大量精力去分析解決。

1.2 解決方法

一是需要建立一套切實(shí)可行的報(bào)警管理體系，規(guī)范報(bào)警處理流程，進(jìn)一步提升報(bào)警管理水平，為工廠安全性提供保障；二是建立一套報(bào)警管理系統(tǒng)及工具，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)采集、報(bào)警分級(jí)管理、報(bào)警監(jiān)控及展示、報(bào)警診斷分析、報(bào)警變更管理等全生命周期管理，提升報(bào)警管理的信息化、智能化水平；三是通過開展報(bào)警合理化分析，優(yōu)化報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置，降低無效報(bào)警數(shù)量，提高報(bào)警處理效率，實(shí)現(xiàn)報(bào)警管理持續(xù)優(yōu)化與提高。為了從根本上解決報(bào)警泛濫及無效報(bào)警的問題，通過科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)分析，提升報(bào)警設(shè)置的系統(tǒng)性及科學(xué)性，公司采用了浙江中控技術(shù)股份有限公司的VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠報(bào)警的統(tǒng)一科學(xué)管控。

2 VxAAS高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)硬件及軟件配置

中煤陜西榆林能源化工有限公司化工分公司一期已經(jīng)建成投產(chǎn)205 萬(wàn)噸/年甲醇、60 萬(wàn)噸/年烯烴項(xiàng)目，公司DCS 系統(tǒng)主要采用霍尼韋爾EPKS 系統(tǒng)，部分裝置采用霍尼韋爾ML200 PLC 系統(tǒng)和浙江中控ECS700 系統(tǒng)，公司報(bào)警管理系統(tǒng)采用浙江中控技術(shù)股份有限公司的VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)。

VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)硬件主要包括一臺(tái)AAS WEB服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，生成報(bào)表，郵件推送等功能；一臺(tái)AAS 存儲(chǔ)服務(wù)器，進(jìn)行系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；兩臺(tái)AAS采集器，分別采集DCS 系統(tǒng)和SCSDA 系統(tǒng)數(shù)據(jù)。4 臺(tái)服務(wù)器共用一臺(tái)KVM 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行顯示和操作。

系統(tǒng)軟件包括一個(gè)主服務(wù)器軟件，多個(gè)擴(kuò)展服務(wù)器軟件和多個(gè)客戶端軟件。AAS 存儲(chǔ)服務(wù)器與辦公網(wǎng)和工控網(wǎng)之間都有防火墻或網(wǎng)閘隔離，確保工控網(wǎng)絡(luò)安全。VxAAS客戶端作為VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)的主要操作界面，提供實(shí)時(shí)報(bào)警查看、歷史報(bào)警查詢、統(tǒng)計(jì)分析與結(jié)果展示等功能。在連接公司辦公網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上，可通過瀏覽器進(jìn)入特定網(wǎng)址，輸入分配好的用戶名和密碼可進(jìn)入系統(tǒng)界面。為保證工控網(wǎng)絡(luò)安全，辦公網(wǎng)禁止進(jìn)行寫入DCS 操作。

2.2 數(shù)據(jù)交換

VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源于DCS 系統(tǒng)服務(wù)器，該服務(wù)器需要運(yùn)行OPC 服務(wù)，采集DA（生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）和A&E（報(bào)警及事件）數(shù)據(jù)。通過OPC 客戶端和VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)，VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)可以獲取DCS 系統(tǒng)的OPC 數(shù)據(jù)。VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)中可以包含多個(gè)數(shù)據(jù)采集服務(wù)，并通過客戶端的配置實(shí)現(xiàn)采集服務(wù)與OPC 客戶端的對(duì)應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)被采集到采集器后，采集器服務(wù)會(huì)對(duì)報(bào)警進(jìn)行分析，并根據(jù)位號(hào)組態(tài)分別將報(bào)警記錄發(fā)送到采集器數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，并顯示在客戶端的實(shí)時(shí)報(bào)警頁(yè)面。

3 VxAAS高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)主要功能

3.1 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)配置包括服務(wù)部署、位號(hào)管理和用戶管理三方面的配置。

3.1.1 服務(wù)部署

系統(tǒng)默認(rèn)添加了主服務(wù)器的本機(jī)信息和管理服務(wù)，通過編輯拓?fù)鋱D，可添加、配置、操作和移除服務(wù)或主機(jī)框。

3.1.2 位號(hào)管理

VxAAS高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)從DCS系統(tǒng)獲得報(bào)警數(shù)據(jù)后，會(huì)通過存儲(chǔ)服務(wù)進(jìn)行暫存，并根據(jù)VxAAS“位號(hào)管理”窗口中設(shè)置的位號(hào)列表，將對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息推送到計(jì)算服務(wù)中，以便完成后續(xù)的實(shí)時(shí)報(bào)警顯示和報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)工作。

通過設(shè)備組織架構(gòu)，可以配置和DCS 系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備組織信息，并為位號(hào)關(guān)聯(lián)報(bào)警裝置提供參考。

設(shè)備組織結(jié)構(gòu)樹中默認(rèn)存在四層節(jié)點(diǎn)，“采集器”節(jié)點(diǎn)一般和DCS 系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，其下最多可添加六層自定義節(jié)點(diǎn)，建議按照工廠信息（Plant）、車間信息（Site）、裝置區(qū)域信息（Area）、裝置單元信息（Unit）、具體設(shè)備信息（Equipment）的層級(jí)順序進(jìn)行創(chuàng)建[4]。系統(tǒng)以單節(jié)點(diǎn)為單位，對(duì)位號(hào)的報(bào)警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，因此在完成設(shè)備組織結(jié)構(gòu)配置后，需要在節(jié)點(diǎn)下配置位號(hào)列表，包括增加、導(dǎo)入、刪除、移動(dòng)位號(hào)操作。

VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)提供了位號(hào)合理化分析功能，可通過系統(tǒng)提供的模板說明或配置向?qū)?，幫助用戶確定適當(dāng)?shù)奈惶?hào)報(bào)警優(yōu)先級(jí)。在以下兩種情況下，建議用戶進(jìn)行位號(hào)合理化分析功能：一是新裝置開工前，對(duì)報(bào)警組態(tài)進(jìn)行合理化分析，以確保開工后報(bào)警進(jìn)入穩(wěn)定、合理的狀態(tài)；二是舊裝置的報(bào)警存在數(shù)量較多、優(yōu)先級(jí)不合理等現(xiàn)象，需要治理和優(yōu)化時(shí)，建議進(jìn)行合理化分析。在“添加位號(hào)”組態(tài)時(shí)，需勾選“合理化分析”，對(duì)話框中會(huì)出現(xiàn)相關(guān)配置項(xiàng)。用戶可根據(jù)ISA 18.2 或EEMUA 191 標(biāo)準(zhǔn)，填寫報(bào)警優(yōu)先級(jí)的影響參數(shù)，保存后VxAAS 會(huì)生成報(bào)警優(yōu)先級(jí)，為用戶在DCS 系統(tǒng)中配置報(bào)警屬性提供參考。

3.1.3 用戶管理

在“用戶管理”窗口中，可以設(shè)置系統(tǒng)管理人員的用戶組和用戶人員信息，并配置各用戶組的節(jié)點(diǎn)權(quán)限和功能權(quán)限。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控

完成位號(hào)配置后，VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)支持通過VxAAS 客戶端來查看DCS 系統(tǒng)的位號(hào)報(bào)警信息，也可進(jìn)行擱置報(bào)警操作。通過報(bào)警擱置，操作員可以設(shè)置自動(dòng)擱置策略，暫時(shí)性擱置造成滋擾的實(shí)時(shí)報(bào)警。待擱置時(shí)間結(jié)束后，被擱置的報(bào)警將自動(dòng)恢復(fù)。VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)端的報(bào)警被擱置時(shí)，DCS 系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)報(bào)警會(huì)被抑制，直到VxAAS 系統(tǒng)中報(bào)警恢復(fù)正常狀態(tài)。操作員抑制的報(bào)警必須得到有效的管控，以確保在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候能及時(shí)解除[5]。所以，該功能需要根據(jù)需要謹(jǐn)慎使用。

3.3 歷史數(shù)據(jù)

VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)包含歷史報(bào)警數(shù)據(jù)和歷史操作記錄兩部分。通過設(shè)置時(shí)間范圍、選擇報(bào)警類型或輸入位號(hào)名關(guān)鍵字等方式設(shè)置過濾條件，可以篩選歷史報(bào)警和歷史操作信息，并可以導(dǎo)出為CSV 格式文件。

3.4 統(tǒng)計(jì)分析

VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)獲取報(bào)警信息后，可以按報(bào)警重要性和優(yōu)先級(jí)對(duì)報(bào)警進(jìn)行歸檔和合理劃分析，按統(tǒng)計(jì)設(shè)置對(duì)報(bào)警記錄進(jìn)行篩選，并以統(tǒng)計(jì)圖表的形式進(jìn)行展示，幫助操作人員快速篩選并獲得需要的信息。在“統(tǒng)計(jì)分析”頁(yè)面中，支持對(duì)以下統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行手動(dòng)統(tǒng)計(jì)或設(shè)置自動(dòng)統(tǒng)計(jì)方案：按報(bào)警產(chǎn)生頻率統(tǒng)計(jì)、按報(bào)警持續(xù)時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)、按報(bào)警優(yōu)先級(jí)統(tǒng)計(jì)、按報(bào)警類型統(tǒng)計(jì)、按報(bào)警確認(rèn)率統(tǒng)計(jì)、按報(bào)警設(shè)備統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)報(bào)警統(tǒng)計(jì)、報(bào)警泛濫統(tǒng)計(jì)、陳舊報(bào)警統(tǒng)計(jì)、間歇報(bào)警統(tǒng)計(jì)、瞬閃報(bào)警統(tǒng)計(jì)、按年月周分析報(bào)警、KPI 統(tǒng)計(jì)、班組考評(píng)統(tǒng)計(jì)等。通過報(bào)警統(tǒng)計(jì)設(shè)置，可以為統(tǒng)計(jì)分析頁(yè)面中多類別的統(tǒng)計(jì)信息配置各種統(tǒng)計(jì)條件和統(tǒng)計(jì)規(guī)則。常用功能是“位號(hào)排除”，用于配置以AAS系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，但不需要加入統(tǒng)計(jì)分析的位號(hào)。比如，對(duì)處于備用或者檢修的設(shè)備或單元，可通過該操作過濾不必要的報(bào)警信息進(jìn)入統(tǒng)計(jì)。

3.5 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

完成手動(dòng)統(tǒng)計(jì)或執(zhí)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)方案后，在“統(tǒng)計(jì)結(jié)果”頁(yè)面可查看統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以氣化裝置報(bào)警產(chǎn)生頻率統(tǒng)計(jì)為例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果頁(yè)面如圖2 所示。

圖2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果頁(yè)面Fig.2 The statistical results interface

圖2 中詳細(xì)顯示了報(bào)警統(tǒng)計(jì)設(shè)置信息和報(bào)警總數(shù)，以柱狀圖和扇形圖兩種方式，直觀體現(xiàn)了報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果和單個(gè)位號(hào)報(bào)警次數(shù)所占比例，將鼠標(biāo)圖標(biāo)置于柱狀圖或者扇形圖，可顯示出具體報(bào)警條數(shù)和所占比例數(shù)值。點(diǎn)開右下角的“詳情”，可查看某個(gè)位號(hào)的位號(hào)名稱、描述、報(bào)警裝置、報(bào)警類型、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、產(chǎn)生時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間等詳細(xì)信息。

3.6 系統(tǒng)日志

在系統(tǒng)日志界面，可以查看用戶登錄記錄、多工況報(bào)警、DA 操作記錄和組態(tài)審計(jì)等系統(tǒng)日志信息。

4 常見故障及其處理

4.1 歷史報(bào)警無法查看

主要原因：數(shù)據(jù)量過大，歷史報(bào)警數(shù)據(jù)讀取較慢。

處理措施：①如果軟件不是VxAAS 系統(tǒng)最新版本，對(duì)VxAAS 系統(tǒng)軟件版本進(jìn)行升級(jí)；②如果C 盤存儲(chǔ)占用較滿，可以清理C:Upload 和C:Windows emp 兩個(gè)路徑下的文件；③根據(jù)數(shù)據(jù)量，適當(dāng)縮短實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存時(shí)間，對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)歸檔。

4.2 部分情況下客戶端無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)

主要原因：客戶端瀏覽器自身兼容性問題及瀏覽器緩存數(shù)據(jù)過多，導(dǎo)致偶爾會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)無響應(yīng)情況。

處理措施：更新瀏覽器版本，并定時(shí)清理瀏覽器緩存，一般推薦使用谷歌Chrome 瀏覽器。

4.3 系統(tǒng)無法讀取DCS數(shù)據(jù)

主要原因：網(wǎng)絡(luò)硬件故障或數(shù)據(jù)被工業(yè)防火墻攔截，導(dǎo)致數(shù)據(jù)交換異常。

處理措施：①使用DOS 調(diào)試命令ping 來檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，排查并更換故障的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；②查看工控網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)相關(guān)報(bào)警和事件記錄，檢查是否存在數(shù)據(jù)攔截情況，將該路防火墻切換到學(xué)習(xí)模式，經(jīng)過一段時(shí)間自學(xué)習(xí)后，再切換到運(yùn)行模式。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過引進(jìn)VxAAS 高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)，排查出公司各裝置存在大量冗余、無效報(bào)警以及報(bào)警值、報(bào)警等級(jí)設(shè)置不合理的情況。根據(jù)實(shí)際工況，科學(xué)分析，在DCS 系統(tǒng)中重新設(shè)定了報(bào)警值和報(bào)警級(jí)別。經(jīng)過一段時(shí)間的優(yōu)化后，以氣化裝置為例，日?qǐng)?bào)警量由8000 ～10000 條降到了400 條以下，且仍然有優(yōu)化空間。這有效提升報(bào)警設(shè)置的系統(tǒng)性及科學(xué)性，大大減輕了工藝人員監(jiān)盤和操作強(qiáng)度，從而以良好的狀態(tài)應(yīng)對(duì)各類有效報(bào)警，保證裝置生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過建立自定義報(bào)表，各級(jí)管理人員可以及時(shí)了解某一時(shí)期特定裝置或區(qū)域的報(bào)警情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)公司各裝置的報(bào)警情況精準(zhǔn)管控。